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Fiche détaillée pastel-00001178, version 1
Etude des mécanismes d'endommagement des outils carbure WC-Co par la caractérisation de l'interface Outil-Copeau: application à l'usinage à sec de l'alliage d'aluminium aéronautique AA2024 T351
L'étude proposée traite de la compréhension des mécanismes d'endommagement des outils carbure dans le cas de l'usinage à sec d'un alliage d'aluminium aéronautique (AA2024 T351). Elle a pour but de déterminer les différents paramètres tribologiques de l'interface outil-copeau (frottement, température, pression) et de les confronter aux différents modes d'usure. Une modélisation du contact entre le copeau et l'outil basée sur les propriétés viscoplastiques de l'écoulement du matériau est d'abord proposée. Elle permet d'établir les relations qui existent entre la géométrie du copeau (angle de cisaillement), les contraintes appliquées sur l'outil, le coefficient de frottement et la vitesse de glissement du copeau au voisinage de la pointe de l'outil. Le modèle analytique est alors employé pour déterminer la nature du contact (collant, glissant) et calculer la vitesse de glissement. Pour déterminer la température et la pression de contact, un dispositif d'étude basé sur l'observation expérimentale de la formation du copeau (caméra vidéo rapide, mesure des efforts, calcul de flux thermique) et la simulation numérique par la méthode des éléments finis est ensuite mis en place. La caractérisation physico-chimique réalisée à l'aide de techniques complémentaires d'analyse de surface (MEB, EDS, AES, profilométrie optique) a permis d'identifier clairement les différents types d'endommagement. Ils se traduisent par la formation d'arêtes rapportées et de couches adhérentes (couches de transfert formées par extrusion de précipités) ainsi que par la fragilisation de l'outil provoqué par la diffusion de certaines espèces chimiques du copeau vers l'outil. Grâce à la démarche proposée, il est possible de relier ces différents modes d'endommagement aux conditions de contact existant à l'interface outil-copeau.

12/2004
Science des matériaux, mécanique, génie mécanique
Arts et Métiers ParisTech
Usinage à sec – Alliage d'aluminium – Usure des outils – Analyse de surface – Diffusion – Modélisation de la coupe orthogonale – Simulation numérique
STUDY OF WC-Co TOOL WEAR MECHANISMS BY THE TOOL-CHIP INTERFACE CHARACTERISATION- APPLICATION TO THE DRY MACHINING OF THE AERONAUTIC ALUMINIUM ALLOY AA2024 T351
In the present study, carbide tool wear is analysed in the case of dry machining of an aeronautic aluminium alloy (AA2024 T351). The purpose is to determine the different tribological parameters at the tool-chip interface (friction, temperature, pressure) and to confront them with the wear mechanisms. A modelling of the contact between the chip and the tool, based on the viscoplastic properties of the material flow, is initially proposed. This allows to establish relationships existing between the chip geometry (shear angle), the stress applied on the tool, the friction coefficient and the sliding chip velocity in the neighbourhood of the cutting tool edge. The analytical model is then used to determine the nature of the contact (sticking, sliding) and to calculate the sliding speed. To determine the temperature and the contact pressure, a special device based on the experimental observation of the chip formation (high speed video camera, force measurement, heat flux calculation) and the finite element numerical simulation is also carried out. The surface analysis carried out using complementary techniques (MEB, EDS, AES, optical profilometry) allowed to clearly identify the different wear mechanisms. They result in the formation of built-up edges, in the formation of adherent layers (transfer layers formed by extrusion of precipitates) and in the tool embrittlement caused by the diffusion of chemical species from the chip towards the tool. Thanks to the study, it is possible to connect these various damage modes to the contact conditions existing at the tool-chip interface.
Dry machining – Aluminium alloy – Tool wear – Surface analysis – Diffusion – Orthogonal cutting modelling – Numerical simulation
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